智能技術在水電廠電氣自動化中的應用

梁才干

（貴州 從江 557400）

智能技術在水電廠電氣自動化中的應用

梁才干

（貴州 從江 557400）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)技術也在不斷向自動化及智能化趨勢轉變。作為近20年發(fā)展起來的新興的學科技術，智能技術在水電廠電氣自動化領域應用廣泛。本文主要探討智能技術的優(yōu)勢，并探討智能技術在水電廠電氣自動化中的實踐應用。

智能技術；電氣自動化；應用

相較于火電廠，水電廠是比較潔凈的發(fā)電方式。由于火電廠的資源隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展而日益稀缺，很容易導致未來需求不再滿足社會公眾的用電危機，因此水電廠發(fā)電形式受到政府及社會的關注，提升水電廠的自動化水平是必然的發(fā)展趨勢。水電廠的自動化涉及到多方面綜合技術，包含控制、測量、計算機等科學理論。隨著科技的不斷發(fā)展，人工操作已無法滿足對相關監(jiān)視變量及自動化處理數(shù)據(jù)的實時要求，要想提高水電廠中電氣自動化的運行水平，保證水電廠可以安全正常發(fā)電，就需要引進智能技術，通過智能技術來提升電能質量，減輕人工操作的勞動強度。

1 關于智能控制技術

智能控制技術，英文全稱Intelligent Control Technology，可簡稱ICT，是屬于控制理論的新興發(fā)展階段形式，主要是為了解決傳統(tǒng)模式無法解決的系統(tǒng)復雜控制問題。如果智能技術在水電廠中電氣自動化的應用可以廣受推崇，必然對未來發(fā)電的自動化形式產(chǎn)生深遠影響。

雖然在傳統(tǒng)水電廠控制中發(fā)展了魯棒式控制及自適應控制方法，來適應水電廠自動化系統(tǒng)的不確定性需要，但隨著科技的不斷進步與發(fā)展，客觀因素上工業(yè)自動化要求日益增多，在實際水力發(fā)電中，越來越多的要求又趨于復雜多變，對于不確定因素的掌控能力直接關系到最終的控制結果。

1965年傅京遜提出人工智能控制說，并于1971年確立智能控制是自動與人工相結合的主體概念，使得智能控制技術得以開創(chuàng)。在智能理論基礎上，G.A.Saridis又進行了延展分層次遞階的智能控制形式，結合人工、自動及運籌學等多種交叉融合的學科知識，使得智能控制得以真正延展使用。所謂的智能系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)可以產(chǎn)生智能行為去響應輸入的狀態(tài)信號，使得智能控制系統(tǒng)具備一定的適應性、學習性與組織性。

圖1 電氣自動化設備智能系統(tǒng)

智能控制的應用使得理論知識得以延展，可以解決傳統(tǒng)控制的弊端。雖然智能控制水平尚處于初級階段，完整理論體系并未真正建立，但人們對智能技術日益關注，并期望能應用于各個區(qū)域行業(yè)中。水電廠是應用的主要方面，智能控制技術的運用與水電廠電氣自動化建立了休戚相關的聯(lián)系。

2 水電廠電氣自動化中智能控制技術的應用

智能控制技術包括專家系統(tǒng)控制方面、分層遞階控制方面、學習控制方面、神經(jīng)網(wǎng)絡控制方面、模糊邏輯控制方面等等，本文針對水電廠探討以下幾個方面：

2.1 專家系統(tǒng)控制

自動控制學科經(jīng)歷古典理論、現(xiàn)代理論到高級自適應技術的進展，都是建立在關于數(shù)據(jù)分析與計算方面的基礎上，實踐操作也從傳統(tǒng)的模擬轉變?yōu)楫數(shù)氐臄?shù)字化。但是無論怎么發(fā)展變遷，傳統(tǒng)技術并沒有發(fā)生實質的結構改變，依然是單獨機器的反饋控制，單純以準確執(zhí)行規(guī)律算法來達到控制的目的。對于自動化中的環(huán)境參數(shù)、結構變化都缺乏一定的應變能力，導致無法實時去調整控制策略。

80年代專家系統(tǒng)控制給傳統(tǒng)控制的局限性打開了新的思路，它是通過處理各定性結構、啟發(fā)結構或不確定結構信息的知識進行推理，從而達到系統(tǒng)所需的任務目標。專家控制技術的實質在于運用智能方式來達到對控制對象及規(guī)律的優(yōu)化目的，并使得專家知識趨于實用化，一般是采取專家系統(tǒng)與其他基本控制系統(tǒng)相互結合組成，專家系統(tǒng)用于復雜形式的智能方面協(xié)調工作及決策工作，同時激勵其他基本控制系統(tǒng)的工作，并進行相關組織協(xié)調，依靠基本控制系統(tǒng)來掌控一些控制規(guī)律。

典型的專家控制系統(tǒng)是水電廠故障診斷智能系統(tǒng)，簡稱OIFDS。主要通過控制對象的層次性劃分來逐層診斷分析，提升故障診斷的效率與準確性。一般來說，專家控制系統(tǒng)存在一定的實時性及機器學習的限制問題。

2.2 模糊邏輯控制

模糊邏輯控制指的是結合模糊集合理論的宏觀系統(tǒng)控制方法。通過語言控制規(guī)則來傳達實際專家操作經(jīng)驗。模糊控制的特質在于通過模糊關系來定義人為操作經(jīng)驗，并將對象通過模糊決策或推理來加以控制。由于模糊控制對于控制對象沒有太多依賴性，因此可以為系統(tǒng)的隨機因素或不確定因素創(chuàng)設良好的控制環(huán)境背景。芯片裝置的模糊微處理為模糊控制技術開發(fā)了實踐新途徑，使得模糊控制技術對于水電廠機組來說成為有效的控制手段。但與傳統(tǒng)控制技術相比，模糊控制尚存在很多的不足之處，對于控制品質及學習能力方面還有待提高。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡控制

雖然在動態(tài)系統(tǒng)理論下，線性系統(tǒng)得以發(fā)展完善，但非線性系統(tǒng)受理論與復雜應用限制發(fā)展緩慢，此時，神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術應時而生。客觀方面來看，神經(jīng)網(wǎng)絡控制具備良好的適應能力與學習能力，由于介于數(shù)值的推理與計算，作為數(shù)學的應用工具卻不以模型為主要依托，僅僅需要給定數(shù)值信息的輸入即可得到相應的輸出，因此具備一定的非線性映射的性能，若是輸入有所異常，神經(jīng)網(wǎng)絡也可以適應性給出輸出，因此神經(jīng)網(wǎng)絡還具備一定的插值、適應性能。

與專家系統(tǒng)技術相比，神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)并不像專家系統(tǒng)技術一樣依賴知識規(guī)則，即使知識處理存儲的單元出現(xiàn)異常，對于神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)控制來說，僅僅會影響小部分，不會影響系統(tǒng)核心的工作，因此神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)技術多被廣泛應用于各大領域中。具體存在的優(yōu)勢及潛力可體現(xiàn)如下：①為不能依靠模型或規(guī)則準確描述的對象提供信息處理的新思路；②神經(jīng)網(wǎng)絡控制的本身復雜特性使得對大型數(shù)據(jù)信息處理及控制方面凸顯優(yōu)勢；③所具備的非線性、插值、適應等性能可以很好地解決非線性系統(tǒng)的復雜問題，是對非線性系統(tǒng)控制的首選。

3 在水電廠電氣自動化中應用智能技術的前景發(fā)展

目前智能的集成化是智能理論與控制技術結合發(fā)展的主導方向。智能集成多體現(xiàn)在模糊智能技術與神經(jīng)網(wǎng)絡技術的結合、人工智能技術與神經(jīng)網(wǎng)絡技術的聯(lián)合方面。對于水電廠發(fā)電的工業(yè)過程中，控制系統(tǒng)可以運用知識處理的優(yōu)勢來有效控制發(fā)電過程中的一些不確定性，對于知識的處理蘊含了對知識方面的學習、利用、推理及相關決策。

神經(jīng)網(wǎng)絡技術與模糊系統(tǒng)技術的集成化，可以有效解決模糊技術系統(tǒng)的一些弊端，使得整個系統(tǒng)的造價成本降低，提升系統(tǒng)對信息模糊處理的適應性能。因此這種集合趨勢普遍受到智能控制領域技術專家的重視。目前，貴州區(qū)域已有部分水電控制專家致力研究此集成技術。模糊知識的有效處理與學習，再加上與神經(jīng)網(wǎng)絡技術的結合，必將使得水力發(fā)電的智能控制水平得以上升，為智能控制提供新的道路。

計算機技術的應用與智能控制技術的結合必將是未來水電廠電氣自動化的趨勢，這一目標的實現(xiàn)，意味著水電廠將減少人力成本，可以創(chuàng)造無人值班、少人值守的工作條件，同時也促使水電廠電氣自動化趨于智能化、安全化方向的發(fā)展。

4 結語

雖然智能控制的研究尚處于初級階段，理論體系尚未真正完善，但社會公眾已對智能控制技術給予關注。智能技術在水電廠電氣自動化中的應用，可以有效提升電氣自動化的工作控制效率，大力節(jié)約人力資源及物力資源的成本，使得水電事業(yè)趨于安全化、智能化、自動化方面發(fā)展。

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TV736

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1004-7344（2016）18-0075-02

2016-6-1

梁才干（1985-），男，侗族，貴州從江人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向是水電廠電力技術方面。